.Net中的async/await如何理解?
简介
Async/Await在.Net Core中真的是无处不在,到处都是异步操作,那为什么要用?有什么作用?别人说能提升性能?
这里从理论,实践,原理一个个解开这些疑问。
async/await的特点
不会阻塞线程
同步的方式写异步
虽然是用了异步,但还是等待执行结果再往下执行,执行流程是同步的。
async/await能提升单个请求的性能吗?
答案是不能的。很明显看的到,await等待了结果再执行后面的逻辑,还是串行的,执行完该多少秒还是多少秒, 中间还切换线程去处理了,相比同步来说还多了切换线程的损耗。
那async/await的意义何在?
在于多请求并发处理,且资源有限的时候,能增加吞吐量(单位时间处理的请求),增加cpu的利用率。
简单说就是有10个线程,每个线程的速度没有提升,然后居然QPS能提升?!
先来看一段微软官网的描述:
此模型可很好地处理典型的服务器方案工作负荷。由于没有专用于阻止未完成任务的线程,因此服务器线程池可服务更多的Web请求。
考虑使用两个服务器:一个运行异步代码,一个不运行异步代码。对于本例,每个服务器只有5个线程可用于服务器请求。此字数太小,不切实际,仅供演示。
假设这两个服务器都接收6个并发请求。每个请求执行一个I/O操作。未运行异步代码的服务器必须对第6个请求排队,直到5个线程中的一个完成了I/O密集型工作
并编写了响应。此时收到了第20个请求,由于队列过长,服务器可能会开始变慢。
运行有异步代码的服务器也需要对第6个请求排队,但由于使用了async和await,I/O密集型工作开始时,每个线程都会得到释放,无需等到工作结束。
收到第20个请求时,传入请求队列将变得很小(如果其中还有请求的话),且服务器不会慢。
尽管这是一个人为想象的示例,但现实世界中其工作方式与此类似。事实上,相比服务器将线程专用于接收到的每个请求,使用async和await能够使服务器处理一个数量级的请求。
什么是I/O密集型呢?
就是cpu性能比硬盘内存好太多,大部分时间都是cpu在等IO的读写操作。例如读文件,读文件的时候是不需要cpu参与的,只需要发一个命令给硬盘,硬盘读完文件会再通知cpu继续处理,这种叫DMA技术。
DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色,它是指一种高速的数据传输操作,允许在外部设备和存储器之间直接读写数据,既不通过cpu,也不需要cpu干预。
这个时候异步就显出它的优势来了,比如读文件需要1s,如果是同步操作,那个就有一个线程在等1s在往下执行。如果是异步的,读文件的时候,这个线程就释放了,等读完文件,硬盘通知cpu再
派一个线程接着处理,那中间的1秒,原来的线程就可以去处理其他请求了。
I/O密集型中IO的操作有哪些呢?
文件读写、http请求、数据库请求、redis请求。。。等等。
代码对照说明
public class HomeController : Controller { /// <summary> /// 同步请求 /// </summary> /// <param name="path"></param> /// <returns></returns> public string GetData() { var result = System.IO.File.ReadAllBytes(@"F:\package\package.rar"); return "ok"; } /// <summary> /// 异步请求 /// </summary> /// <param name="path"></param> /// <returns></returns> public async Task<string> GetDataAsync2() { var result = await System.IO.File.ReadAllBytesAsync(@"F:\package\package.rar"); return "ok"; } }
同步请求的流程为:
可以看出,硬盘在读取文件时,线程是在等待的,这时候线程1在这1s中是不工作的,空等状态。
异步请求的流程为:
异步请求时,线程1遇到await关键字,发出命令就返回,然后释放掉了,硬盘读完数据会通知cpu,这时cpu派一个新的线程去接着处理,
因此,读文件的这1s,线程1可以去处理其它请求了,没有空等,这就是提高了cpu的利用率,单位时间内处理的请求数就变大了。
cpu密集型的异步是不能提高QPS的
下面代码就是cpu密集型的。
cpu密集型:计算密集型,硬盘、内存性能比cpu好很多,或不太需要访问I/O设备。
/// <summary> /// 异步请求 /// </summary> /// <param name="path"></param> /// <returns></returns> public async Task<string> GetDataAsync2() { await Task.Run(() => { Thread.Sleep(100);//模拟业务处理耗时 }); return "ok"; }
这里前面主线程遇到await虽然释放了,但await里面又有一个线程接着工作,cpu(线程并没有空闲)